Двигатель АЛ-31Ф - это образец совершенного воплощения инженерно-технической мысли, во многом обеспечивший развитие отечественной истребительной авиации на десятилетия вперед. Он предназначался для самолета, который также завоевал себе мировую известность - Су-27.

История Су-27 началась в конце 1960-х годов. Тогда в самом разгаре была гонка вооружений между СССР и США. Опыт воздушных боев палубных истребителей F-4B “Фантом” II с советскими МиГ-21Ф-13 и МиГ-21ПФ во Вьетнаме показал американцам недостатки их истребителей: тяжелые самолеты имели превосходство на больших и средних дистанциях, но проигрывали более легким и маневренным МиГ-21 в ближних боях. Поэтому в США начали разрабатывать специализированный истребитель завоевания превосходства в воздухе, который должен был в перспективе составить основу военно-воздушных сил - F-15. Одновременно в США разрабатывались истребители, способные вести ближний воздушный бой, это были будущие F-14, F-16 и F/A-18. От них не отставала Франция, разрабатывающая “Мираж” 2000. В ответ в 1969 году советский авиапром начал аналогичную программу. Нужен был самолет четвертого поколения, который мог бы противостоять потенциальному противнику в виде F-15 и превосходить его в боевой эффективности на 30%.

В 1971 году вышел приказ министра авиационной промышленности о начале разработки перспективного фронтового истребителя (ПФИ). К тому времени у П.О. Сухого было подготовлено два варианта компоновки такого самолета (заводской шифр - Т-10). Одна из схем - традиционная, а вторая - необычная для того времени, интегральная.

В соответствии с интегральной компоновкой единый несущий корпус самолета, образованный профилями, плавно сопрягался с крылом. Благодаря этому повышалось аэродинамическое качество истребителя и появлялось больше места для размещения топлива и оборудования. Подобная схема применялась П.О. Сухим в проекте Т-4МС.

Двигатели размещались в двух изолированных мотогондолах под несущим корпусом. На мотогондолах устанавливалось двухкилевое оперение. Крыло предполагалось сделать оживальной (синусоидальной) формы, с плавным изменением угла стреловидности с корневым наплывом, без механизации передней кромки.

Поначалу это нестандартное предложение вызвало волну критики, в том числе среди специалистов ЦАГИ. К тому же, по информации из-за рубежа, F-15 строился по классической схеме. Но после продувок модели самолета в аэродинамической трубе в 1971 году выяснилось, что предложенная аэродинамическая компоновка имеет значительные преимущества в аэродинамике по сравнению со всеми ранее исследовавшимися схемами.

Для уменьшения аэродинамических потерь на балансировку была принята так называемая статически неустойчивая в продольном канале аэродинамическая схема. Для этого в продольном канале управления предусматривалось использование электродистанционной системы управления (ЭДСУ). Раньше в СССР такую систему имели только опытные бомбардировщики М-50 (ОКБ Мясищева) и Т-4 (ОКБ Сухого). Благодаря продольной статической неустойчивости значительно улучшались маневренные свойства истребителя.

“Несмотря на серьезные возражения сторонников традиционной схемы (а таких было немало), ещё на самых ранних стадиях проектирования Павлу Осиповичу хватило мужества принять решение использовать при создании Су-27 самые передовые новинки аэродинамики, динамики полета и авиационного конструирования… По его мнению, учитывая реальное состояние дел в СССР в области авиационного радиоэлектронного оборудования… только с использованием этих нетрадиционных решений можно было создать самолет, не уступающий по характеристикам лучшим зарубежным аналогам. Время показало его правоту”. Фомин А. “Су-27. История истребителя”.

В ОКБ Сухого продолжали проработку схемы самолета. За пять следующих лет исследовали и продули в аэродинамических трубах около 20 моделей! Такого долгого и интенсивного поиска самых разнообразных вариантов компоновки в истории конструкторской школы ещё не было. Будущий Су-27 в шутку называли “самолетом с изменяемой компоновкой”. В результате была выбрана аэродинамическая схема, близкая к первой разработанной нестандартной версии - интегральная, статически неустойчивая.

Для оценки боевых качеств самолета организовали имитационное (на ЭВМ) моделирование его воздушных боев с американским F-15. Провели и проанализировали несколько десятков тысяч вариантов “виртуальных” боев! Один на один (на разных высотах, с разным исходным положением друг относительно друга), два на два и четыре на четыре. Использовать большее количество участников таких боев ещё не позволяло быстродействие и память ЭВМ. Было посчитано соотношение побед и потерь. Если наши сбили 130 при потере 100, то получившееся соотношение - 1,3. Требовалось, чтобы этот показатель был больше единицы. Но даже если соотношение 1,1, то через семь дней боев у нас остается 35% начального количества истребителей, а у противника 0! И полное превосходство в воздухе обеспечено. Результаты моделирования боев Т-10 с F-15 дали соотношение 1,3 в нашу пользу. Данные американского истребителя для компьютерного моделирования были получены как из открытых источников, так и из сообщений разведки, хотя на тот момент F-15 ещё даже ни разу не поднялся в воздух.

Высокими были и требования к двигателю для такого самолета. Кроме того, они оказались во многом взаимоисключающими: силовая установка должна была обеспечить, с одной стороны, высокую тяговооруженность тяжелому истребителю, а с другой, обладать небывалой доселе экономичностью для достижения нужной дальности полета. Двигатель нужно было сделать легким, то есть отношение веса к его тяге (удельный вес) требовалось получить меньшим, чем у его предшественников. Было ясно, что, совершенствуя уже разработанные схемы на уровне двигателей III поколения, добиться заданных показателей уже не получится.

ЦИАМ изучил варианты проектов двигателя, представленные тремя конструкторскими школами: ММЗ “Сатурн” А.М. Люльки, Пермским МКБ П.А. Соловьёва и ММЗ “Союз” С.К. Туманского. Наиболее подходящим был признан АЛ-31Ф (изделие “99”) ОКБ А.М. Люльки. Интересно, что для этого коллектива двухконтурный турбореактивный двигатель был первым: раньше здесь занимались исключительно одноконтурными ТРД. При этом схема двухконтурного двигателя была предложена Архипом Михайловичем намного раньше: ещё в 1941 году он получил на неё авторское свидетельство. Такая схема оказалась очень жизнеспособной: с 60-х годов прошлого века и по сей день она используется при создании большинства авиадвигателей в мире.

Работа по созданию АЛ-31Ф началась в 1972 году. Сначала пошли по неоднозначному пути: в качестве прототипа взяли американский двигатель соответствующего класса - F-100. Через два года первый вариант такого двигателя был собран. Он имел конструктивную схему “4+12+2+2” - четырехступенчатый компрессор низкого давления, 12 ступенчатый компрессор высокого давления, двухступенчатые турбины высокого и низкого давления. Компрессор высокого давления имел постоянный диаметр втулки - как у “американца”. Самые первые испытания на стенде показали недееспособность этого изделия. Было понятно, что заданных тактико-технических характеристик достичь ему не удастся.

Двигатель стали создавать практически заново, коренным образом перерабатывая компрессор и турбины, внедряя целый ряд технических новшеств. Чтобы сэкономить время, использовали компрессор высокого давления двигателя РД-33, созданного в ЛНПО им. В.Я. Климова под руководством главного конструктора С.П. Изотова. Этот девятиступенчатый компрессор уже прошел большую часть испытаний, то сеть был, по сути, готов. Было выполнено моделирование компрессора с коэффициентом 1,32.

Для достижения минимального расхода топлива установлен воздухо-воздушный теплообменник оригинальной конструкции. Он позволял уменьшить температуру и расход воздуха, используемого для охлаждения турбины. На выходе из полости, в которую подавался охлажденный воздух, были установлены клапаны отключения охлаждения, которые на пониженных режимах работы двигателя на ¾ перекрывали подачу охлаждающего воздуха. Такое конструктивное решение обеспечило минимальное значение удельного расхода топлива на крейсерском режиме.

Турбины спроектировали одноступенчатыми. Рабочие лопатки турбины высокого давления охлаждаются воздухом, прошедшим последовательно через теплообменники, сопловые лопатки и аппарат предварительной закрутки. Охлаждение рабочих лопаток турбины низкого давления производится воздухом из второго контура, который подается через силовые стойки опоры турбины и напорный диск. Эти оригинальные решения ранее нигде не применялись.

В 1975 году умирает П.О. Сухой. Главным конструктором самолета становится М.П. Симонов, конструкторское бюро возглавляет Е.А. Иванов. В 1976-ом началось создание чертежей для постройки опытных самолетов Т-10.

Повторные результаты полунатурного моделирования на имитационном стенде воздушных боёв Т-10 и F-15 после корректировки аэродинамических характеристик последнего показали, что желаемое преимущество было утеряно. Однако Т-10 в целом соответствовал техническому заданию, и на Дальневосточном машиностроительном заводе в Комсомольске-на-Амуре начали изготавливать опытные машины.

В мае 1977 года летчик-испытатель В.С. Ильюшин поднял в воздух первый опытный Т-10-1, прототип будущего истребителя, с двигателями предыдущего поколения - АЛ-21Ф-3, так как АЛ-31Ф на самолет опоздал. Впервые АЛ-31Ф был установлен на третьем экземпляре Т-10 через два года, в марте 1979 года. Двигатель в новой, “неамериканской” компоновке демонстрировал очень хорошие данные, некоторые показатели были рекордными для двигателей такого класса. Однако расходные характеристики не соответствовали тем, что были прописаны в тактико-техническом задании. Это связано с тем, что в своё время А.М. Люлька согласился на заведомо недостижимые требования по экономичности, превосходящие все мировые достижения. И теперь величина удельного расхода топлива изделия “99” на крейсерских режимах составляла 0,68 кг/кгс*ч вместо заданных 0,61. Конструкторы обещали после отладки двигателя снизить удельный расход топлива до 0,64 кг/кгс*ч. Это тоже фантастически мало. Полученные впоследствии фактические удельные расходы топлива на крейсерском режиме - 0,67 кг/кгс*ч хоть и превышали требуемые, но всё равно были на 7% меньше, чем у американского F-100-PW-100. Соответственно, заданная дальность полета истребителя также не была достигнута.

Испытания Т-10-1 выявили и другие его недостатки, например, сильную аэродинамическую тряску (бафтинг), возникавшую в полете на больших углах атаки (то есть в процессе маневрирования, необходимого в воздушном бою), и тряску при выпуске тормозных щитков и шасси. На больших углах атаки оказались недостаточно эффективными элероны (замедление маневров по крену).

Стало понятно, что постепенное внедрение в серию отдельных доработок конструкции не позволит создать самолет, который устроит ВВС, а затраты будут недопустимо велики. В итоге в ноябре 1977 года приняли решение о разработке новой аэродинамической схемы самолета. И он был кардинальным образом переделан. Была изменена форма и площадь крыла, конфигурация сечений головной части фюзеляжа и мотогондол, размещение оперения. Решающая роль в принятии этого трудного решения принадлежит М.П. Симонову.

Новая компоновка самолета предусматривала расположение коробки двигательных агрегатов сверху двигателя, тогда как предыдущий вариант был собран и испытан с нижним расположением агрегатов. Первая реакция А.М. Люльки на это предложение была весьма бурной. Однако эту работу ОКБ Люльки сделало. Перенос коробки двигательных агрегатов наверх фактически означал переделку всего двигателя. Из-за того, что пришлось заново создавать каналы систем подвода и отвода масла, суфлирования и отвода воздуха, необходимо было заново спроектировать и изготовить все корпуса двигателя. Наружные трубопроводы, электрокоммуникации , проводка управления менялись полностью. Маслобак переставили наверх к агрегатам. Появились дополнительные насосы откачки масла, один вверху, другой внизу.

Объем работ по созданию “99В” оказался большим. И в это же время испытывался и доводился двигатель с нижним расположением коробки агрегатов, который теперь назвали “99Н”, и его всё равно надо было делать. Весь цикл испытаний заново предстояло пройти и изделию “99В”.

В 1978 году для создания АЛ-31Ф с верхним расположением агрегатов были подключены серийные заводы: Уфимское машиностроительное производственное объединение (УМПО) и Московский машиностроительный завод “Салют”.

Первые летные экземпляры для опытного Т-10-7 были изготовлены в 1980 году. Но государственные испытания этот двигатель не мог пройти ещё пять лет. Неприятности конструкторам доставляли рабочие лопатки турбины высокого давления. Специалисты ВИАМ так и не освоили технологию изготовления монокристаллической лопатки, которую двигателисты ждали уже давно. На длительных испытаниях обнаружились растрескивание и разрушение лопаток турбины высокого давления при наработке менее 100 часов. Полупетлевая система охлаждения не обеспечивала заданного ресурса. Испробовали множество вариантов технологий и материалов, но решения так и не было.

В это время умирает Архип Михайлович Люлька. Доводку его последнего и самого совершенного творения, АЛ-31Ф, продолжил назначенный генеральным конструктором В.М. Чепкин.

В 1984 году выход был найден: лопатку турбины высокого давления перепроектировали, внедрив новейшую, циклонно-вихревую, систему охлаждения. Лопатка стала надежной и эффективной, а двигатель - ресурсным. Впоследствии для её изготовления был использован монокристаллический сплав ЖС-32МОНО.

Наконец, в 1985 году, спустя 11 лет после начала испытаний первой версии двигателя, государственные испытания были пройдены. Параллельно началось серийное производство: на московском предприятии “Салют” и в УМПО (Уфа).

По сравнению с характеристикам АЛ-21Ф-3, представителя предыдущего поколения, тяга нового двигателя больше на 11%, а удельный вес меньше на 25%. Удельный расход топлива на крейсерских режимах снизился на 16%.

АЛ-31Ф стал именно тем двигателем, который обеспечил превосходные летные качества Су-27. Напряженная, в сущности героическая работа по совершенствованию самолета также увенчалась успехом. Моделирование воздушных боев показало, что в итоге совокупных боев потенциал Су-27 получился на 30% выше, чем у американского аналога. В 1982 году в Комсомольске-на-Амуре началось серийное производство этих истребителей. Их значение для ВВС как СССР, так и нынешней России трудно переоценить: специалисты не скупятся на эпитеты и по праву называют Су-27 одним из лучших в мире истребителей, “хребтом” отечественной тактической авиации, “абсолютным господином” в небе. Самолеты Су-27 и его модификации стоят на вооружении ВВС России и стран СНГ в настоящее время.

Некоторое время информация по Су-27 была засекреченной. На Западе строили предположения, каким стал новый советский истребитель, но не угадывали даже с разработчиком двигателей - в зарубежной прессе они приписывались конструкторскому бюро Туманского.

И вот в июне 1989 года завеса тайны открылась: на международном салоне в Ле Бурже вниманию широкой публики были представлены два истребителя Су-27. Летчик-испытатель В.Г. Пугачёв продемонстрировал во французском небе пилотажный комплекс, в который входила теперь знаменитая “кобра Пугачёва”. Эта фигура высшего пилотажа, до тех пор не подвластная ни одному другому самолету, произвела настоящий фурор. Суть её в том, что самолет в горизонтальном полете резко вскидывает нос, но не уходит вверх, а продолжает лететь вперед. Угол атаки при этом достигает 120 градусов. Некоторое время самолет летит практически хвостом вперед.

Первые динамические выходы на сверхбольшие углы атаки, названные потом “коброй Пугачёва”, были выполнены в сентябре 1987 года летчиком-испытателем И.П. Волком (в будущем летчик-космонавт, Герой Советского Союза), но мировую известность этому маневру принес В.Г. Пугачёв именно благодаря выступлению на авиасалоне в Ле Бурже.

Во многом именно потенциал двигателя АЛ-31Ф дал возможность создать целое семейство самолетов Су-27 различного назначения. Среди них Су-27П - чистый перехватчик с ракетами “воздух-воздух”, Су-27С - оснащенный, помимо ракет, неуправляемыми реактивными снарядами и бомбами (поставлялся в Китай и Эфиопию). Практически параллельно разрабатывался корабельный вариант Су-27 - Су-27К для тяжелого авианесущего крейсера проекта 1143.5 с трамплинным взлетом и посадкой на угловую палубу с помощью аэрофинишеров (тросовых устройств торможения самолета). На двигателе ввели дополнительный режим с тягой 12 800 кгс, который используется при взлете самолета с полной боевой нагрузкой или при экстренном уходе на второй круг. Для посадки на палубу была создана новая взлетно-посадочная механизация крыла. Сейчас палубный истребитель называется Су-33 и с 1998 года находится на вооружении авиации ВМФ России. Одновременно велась разработка Су-27УБ. Это серийный учебно-боевой самолет, способный тем не менее решать весь комплекс боевых задач. На базе Су-27УБ был создан двухместный перехватчик Су-30. Один из самых молодых представителей семейства - Су-34 (первоначально Су-27ИБ, ещё одно имя - Су-32ФН). Это уже фронтовой бомбардировщик для замены устаревающих Су-24М. Он предназначен для уничтожения наземных (надводных), в том числе и малоразмерных, подвижных и стационарных объектов в тактической и оперативной глубине противника, а также воздушных целей, днём и ночью, в простых и сложных метеоусловиях. Технический резерв этого самолета позволяет проводить дальнейшую работу по совершенствованию схемы и поиску на её основе новых вариантов.

Наиболее интересная модификация АЛ-31Ф - АЛ-31ФП с управляемым вектором тяги. Это конструкция с соплом, которое способно отклоняться на 15 градусов. Оно состоит из собственно реактивного сопла и поворотного узла, в котором есть подвижный и неподвижный корпуса с экранами. Разработку двигателя с поворотным соплом начали под руководством В.М. Чепкина сразу после создания базовой версии, АЛ-31Ф. Первый экспериментальный двигатель такого типа был установлен на самолет Т-10-26, который поднял в воздух 21 марта 1989 года летчик-испытатель О.Г. Цой. Полностью реализовать возможности управляемого вектора тяги позволило включение системы управления им в контур системы дистанционного управления самолета - Т-10М-11.

Его впервые поднял в небо в апреле 1996 года летчик-испытатель Е.И. Фролов, который отрабатывал на этой машине фигуры высшего пилотажа: форсированные развороты с минимальными радиусами, управляемый штопор, а также “сальто”, названное позже “чакрой Фролова” - разворот самолета практически вокруг своего хвоста с крайне малым радиусом. Своей сверхманевренностью, поразительной управляемостью на всех режимах, в том числе на околонулевых и отрицательных (в динамике) скоростях, самолет был обязан именно двигателю с управляемым вектором тяги.

При создании такого двигателя перед конструкторами стояли две основные задачи. Во-первых, нужно было сделать идеальное в плане надежности уплотнение между подвижной и неподвижной частями сопла, ведь температура газов на места сочленения достигает 2000 градусов, а давление - 7 кгс/см в квадрате. Прорыв уплотнения однозначно привел бы к пожару на самолете. Во-вторых, требовалось обеспечить эффективное управление таким соплом, поскольку за малейшей неполадкой в системе управления могли последовать самопроизвольные отклонения сопла и в итоге полная потеря управляемости самолета.

После длительных теоретических и экспериментальных поисков обе проблемы были решены. “АЛ-31Ф является первым в мире двигателем, на котором разработана практически осуществлена и освоена штатная автоматизированная система управления вектором тяги сверхзвукового сопла, - отмечает В.М. Чепкин. - Это ознаменовало собой новый качественный этап в развитии высокоманевренной авиации”.

Так был создан серийный АЛ-31ФП и двухместный многоцелевой истребитель Су-30МКИ (разработка на базе Су-30 и в деталях Су-33). Двигатель обеспечил ему феноменальную маневренность и высокую управляемость, известные во всём мире. Семейство этих самолетов стало основой российского экспорта авиационного вооружения. По соглашению 1996 года первые 40 машин Су-30МКИ (самолет по схеме триплана) начали поставлять в Индию с 2002 по 2004 год. Этот самолет стал одним из самых успешных проектов ОКБ Сухого за последние десятилетия. Маневренность Су-30МКИ оказалась выше, чем у самолета Т-10М-11, на котором Фролов делал “чакру” и другие фигуры высшего пилотажа. Причина - развернутый на 32 градуса в вертикальной плоскости относительно продольной оси двигатель АЛ-31ФП (изделие “96ФП”), что позволило иметь боковую силу тяги двигателя при отклонении его вектора тяги. Этот самолет относят уже к поколению 4+. Двигатели для них производит УМПО.

Су-30МКК (обычной аэродинамической схемы) с двигателями “Салюта” экспортируются в Китай. Проектирование началось в 1997-м, а поставки в 2000 году.

Ещё одна модификация двигателя - АЛ-31ФН. Она отличается нижним расположением коробки агрегатов. Создали её уже в 1992-1994 годах по заказу ВВС Китая для однодвигательного многоцелевого истребителя “Ченгду” J10/J10S. Поначалу на этот самолет китайцы планировали поставить двигатель “Пратт-Уитни” PW1120, но в начале 1990-х к участию в программе была привлечена Россия с двигателем АЛ-31Ф, - пишет старший научный сотрудник ХАИ В.В. Нерубасский, - однако Россия не проявила особой заинтересованности в передаче новейших технологий в области авиационного двигателестроения". В результате двигатели китайская сторона стала закупать в России.

За всё время Уфимским моторостроительным производственным объединением и Московским машиностроительным производственным предприятием “Салют” было произведено несколько тысяч двигателей АЛ-31Ф и его модификаций. Самолеты семейства Су-27 с двигателями АЛ-31Ф экспортировались в восемь стран мира: Китай, Вьетнам, Индонезию, Венесуэлу, Индию, Алжир, Малайзию, Эфиопию. Всего в 1991-2014 годах иностранным заказчикам было поставлено 724 Су-27/Су-30, включая машинокомплекты для лицензионной сборки.

"Созданный … для истребителя четвертого поколения двигатель АЛ-31Ф до сих пор соответствует по техническим параметрам лучшим образцам в своём классе. Технологический резерв, заложенный в это авиамотор, позволяет проводить постоянную его модернизацию. Семейство АЛ-31Ф стало символом стабильности отечественного моторостроения.

Наработки, накопленные при создании этого модельного ряда, используются для разработки принципиально нового двигателя истребителя пятого поколения, который будет иметь более высокую тягу и меньший удельный вес". Коновалов И. Неиссякаемый потенциал АЛ-31Ф // Военное обозрение. - 2012. -13 дек.